《城市給水排水》第5章-管段流量、管徑和水頭損失電子教案

第5章管段流量、管徑和水頭損失5.1管網(wǎng)計(jì)算的課題

內(nèi)

容：求出所有管道的直徑、水頭損失、水泵揚(yáng)程和水塔高度。并對(duì)事故時(shí)、消防時(shí)、最大轉(zhuǎn)輸時(shí)的水泵揚(yáng)程進(jìn)行較核。

重要性：管道工程的建設(shè)投資占整個(gè)給水系統(tǒng)總投資的60％～80%，輸配水所需的動(dòng)力費(fèi)用占給水系統(tǒng)運(yùn)行總費(fèi)用的40％～70%。

步驟：繪制計(jì)算草圖，對(duì)節(jié)點(diǎn)和管段順序編號(hào)，標(biāo)明管段長(zhǎng)度和節(jié)點(diǎn)地形標(biāo)高；按最高日最高時(shí)計(jì)算比流量、沿線流量和節(jié)點(diǎn)流量；對(duì)各管段擬定水流方向，進(jìn)行流量分配；初步確定各管段的管徑和水頭損失；進(jìn)行管網(wǎng)水力計(jì)算和技術(shù)經(jīng)濟(jì)計(jì)算；確定水塔高度和水泵揚(yáng)程；根據(jù)管網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)的壓力和地形標(biāo)高，繪制等水壓線和自由水壓線圖。5.2管網(wǎng)圖形及簡(jiǎn)化管網(wǎng)圖形：根據(jù)圖論的基本原理，圖由“弧”和“頂點(diǎn)”兩部分組成。給水管網(wǎng)的幾何圖形可以抽象地認(rèn)為是由管段和節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的有向圖，如將管段看成“弧”，節(jié)點(diǎn)看成“頂點(diǎn)”，則管網(wǎng)本身也是一種“圖”。管網(wǎng)圖形中每個(gè)節(jié)點(diǎn)通過(guò)一條或多條管段和其他節(jié)點(diǎn)相連接。如果舍去后，會(huì)破壞“圖”的連續(xù)性的管段，稱為聯(lián)系管段。去除后會(huì)破壞“圖”的連續(xù)性的節(jié)點(diǎn)，稱為鉸點(diǎn)。鉸點(diǎn)聯(lián)系管段管段基環(huán)節(jié)點(diǎn)管線大環(huán)在保證計(jì)算結(jié)果接近實(shí)際情況的前提下，為方便計(jì)算可對(duì)管線進(jìn)行適度簡(jiǎn)化。

忽略：管網(wǎng)中主要起聯(lián)絡(luò)作用的管段，由于正常運(yùn)行時(shí)流量很小，對(duì)水力條件的影響很小，計(jì)算時(shí)可以忽略。

分解：只有一條管段連接的兩個(gè)管網(wǎng)可分解成兩個(gè)管網(wǎng)進(jìn)行計(jì)算；管網(wǎng)末端水流方向確定的部分可分開計(jì)算；環(huán)狀網(wǎng)上接出的樹狀網(wǎng)分開計(jì)算。節(jié)點(diǎn)合并：距離很近的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)計(jì)算時(shí)可視為一個(gè)節(jié)點(diǎn)。

管段合并：長(zhǎng)度近似相等、彼此幾乎平行且相距很近的兩條管段計(jì)算時(shí)可合并。等效管段的比阻：等效管段的長(zhǎng)度：節(jié)點(diǎn)合并管段合并分解忽略5.3沿線流量和節(jié)點(diǎn)流量

比流量：為簡(jiǎn)化計(jì)算而將除去大用戶集中流量以外的用水量均勻地分配在全部有效干管長(zhǎng)度上，由此計(jì)算出的單位長(zhǎng)度干管承擔(dān)的供水量。城鎮(zhèn)中用水量標(biāo)準(zhǔn)不同的區(qū)域應(yīng)分別計(jì)算比流量。公園街坊街坊街坊街坊街坊街坊街坊街坊

沿線流量：干管有效長(zhǎng)度與比流量的乘積。按管道長(zhǎng)度計(jì)算的比流量不能反映供水人數(shù)和用水量的差別，可采用按面積計(jì)算比流量的方法。

管網(wǎng)中除最末端的管段外，其他任一管段的流量都由兩部分組成，一部分是本管段沿程配水產(chǎn)生的流量，即沿線流量，另一部分是通過(guò)該管段輸送到下游管段的流量，稱為轉(zhuǎn)輸流量。

節(jié)點(diǎn)流量：沿線流量只有概念上的意義，在水力計(jì)算時(shí)應(yīng)將沿線流量按適當(dāng)比例分配到兩各節(jié)點(diǎn)，成為節(jié)點(diǎn)流量。沿線流量轉(zhuǎn)換成節(jié)點(diǎn)流量的原則是管段的水頭損失相同。集中流量處理：5.4管段計(jì)算流量樹狀管網(wǎng)的管段流量具有唯一性。泵站56385646273545286142733341217726234775環(huán)狀管網(wǎng)滿足連續(xù)性條件的流量分配方案可以有無(wú)數(shù)多種。15101312181617141976125271485819123359134602495111357301024985.5管徑計(jì)算管道直徑、管段計(jì)算流量和水流速度之間滿足以下關(guān)系：在確定的計(jì)算流量下，管道直徑是流速的函數(shù)：從技術(shù)上考慮，水流的最大速度應(yīng)不超過(guò)2.5～3.0米/秒（防止水錘），最小速度不得小于0.6米/秒（防止沉積）。從經(jīng)濟(jì)上考慮，較大的水流速度可減小管道直徑，降低工程造價(jià)；但由于水流速度大而會(huì)導(dǎo)致水頭損失增加，從而加大運(yùn)行的動(dòng)力費(fèi)用。合理的流速應(yīng)該使得在一定年限（投資償還期）內(nèi)管網(wǎng)造價(jià)與運(yùn)行費(fèi)用之和最小。設(shè)Wt為總費(fèi)用，C為管網(wǎng)造價(jià)，M1為年度運(yùn)行電費(fèi)，M2為年折舊費(fèi)用，t為投資償還年限。則有：投資償還期內(nèi)的年度總費(fèi)用為：DeM1VeWM1WVW0DW0管徑（mm）平均經(jīng)濟(jì)流速（m/s）D=100～400D≥4000.6～0.90.9～1.45.6水頭損失計(jì)算流量和水頭損失的關(guān)系：均勻流基本公式：舍維列夫公式（適用于舊鑄鐵管和舊鋼管）巴甫洛夫斯基公式（適用于混凝土管、鋼筋混凝土管和渠道）對(duì)于混凝土管和鋼筋混凝土給水管，當(dāng)n<0.02時(shí)，y值可采用1/6。海曾—威廉公式水管種類海曾-威廉系數(shù)C塑料管新鑄鐵管、涂瀝青或水泥的鑄鐵管混凝土管、焊接鋼管舊鑄鐵管和舊鋼管150130120100柯爾勃洛克公式水管種類粗糙系數(shù)k（mm）涂瀝青鑄鐵管涂水泥鑄鐵管涂瀝青鋼管鍍鋅鋼管石棉水泥管離心法鋼筋混凝土管塑料管0.05～0.1250.500.050.1250.03～0.040.04～0.250.01～0.035.8管網(wǎng)計(jì)算基礎(chǔ)方程

目的：確定各水源節(jié)點(diǎn)的供水量、各管段的流量和管徑、全部節(jié)點(diǎn)的水壓。多水源環(huán)狀管網(wǎng)的管段數(shù)Ｐ、節(jié)點(diǎn)數(shù)Ｊ、基環(huán)數(shù)Ｌ和水源數(shù)Ｓ滿足列關(guān)系：Ｐ＝Ｊ+Ｌ-Ｓ單水源環(huán)狀管網(wǎng)：

Ｐ＝Ｊ+Ｌ-1樹狀管網(wǎng)：Ｐ＝Ｊ-1管網(wǎng)水力計(jì)算時(shí)，節(jié)點(diǎn)流量、管段長(zhǎng)度為已知，需要確定管道的直徑和流量，有2P個(gè)未知數(shù)，利用經(jīng)濟(jì)流速確定流量與直徑的關(guān)系，實(shí)際上只要求解Ｐ個(gè)未知數(shù)。管網(wǎng)中的水流必須符合質(zhì)量守恒和能量守恒原理，即滿足連續(xù)方程和能量方程。獨(dú)立的連續(xù)性方程數(shù)為Ｊ－Ｓ個(gè)，獨(dú)立的能量方程數(shù)為Ｌ個(gè)，共計(jì)Ｐ個(gè)。Ｊ－Ｓ個(gè)節(jié)點(diǎn)連續(xù)性方程：qi為節(jié)點(diǎn)流量，qij為管段流量，離開節(jié)點(diǎn)為正，流向節(jié)點(diǎn)為負(fù)。Ｌ個(gè)基環(huán)能量方程：hij為管段水頭損失，順時(shí)針?lè)较驗(yàn)檎鏁r(shí)針?lè)较驗(yàn)樨?fù)。5.9管網(wǎng)計(jì)算方法分類在管網(wǎng)水力計(jì)算時(shí)，根據(jù)求解的未知敷是管段流量還是節(jié)點(diǎn)水壓，可以分為解環(huán)方程、解節(jié)點(diǎn)方程和解管段方程三類。

解環(huán)方程：管網(wǎng)經(jīng)流量分配后，各節(jié)點(diǎn)已滿足連續(xù)性方程，可是由該流量求出的管段水頭損失，并不同時(shí)滿足L個(gè)環(huán)的能量方程，為此必須多次將各管段的流量反復(fù)調(diào)整，直到滿足能量方程，從而得出各管段的流量和水頭損失。解節(jié)點(diǎn)方程：在假定每一節(jié)點(diǎn)水壓的條件下